柴油機DPF特性測試評價胡帥;孫澤【摘要】隨著汽車排放法規的日趨嚴格,DPF后處理是柴油機滿足國六排放法規的主要技術方案?基于DPF設計基礎上，在臺架上對DPF壓差和極限情況下的碳載量等特性測試評價;累碳初期,壓差增加較快,隨后緩慢增加;同時在最高溫度允許情況下確定最大碳載量，為后期再生標定提供模型輸入.在轉轂上進行WLTC循環的排放驗證試驗，結果表明DPF的捕集效率達到92%,顆粒物數量低于排放限值30%,滿足實際應用的工程目標.【期刊名稱】《汽車實用技術》【年(卷),期】2018(000)022【總頁數】3頁(P98-100)【關鍵詞】柴油機顆粒捕集器;壓差特性;最大碳載量;過濾效率【作者】胡帥;孫澤【作者單位】安徽江淮汽車集團股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽車集團股份有限公司,安徽合肥230601【正文語種】中文【中圖分類】U467隨著環境污染的不斷加劇，柴油機排放得到越來越多的關注。DPF(柴油機顆粒捕集器)是處理柴油車PM和PN的主流技術，同時該項技術也是歐洲主流技術路線，國六柴油機后處理全部加裝此裝置。圖1所示為DPF系統的捕集原理：柴油機排放的含有大量碳煙微粒的污染物通過排氣管道進入DPF，捕集器內部為蜂窩狀結構，其兩端一邊是敞開，一邊是堵塞的通道壁，廢氣從敞開的一端進入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的通道排出。大部分微粒由于體積過大而無法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不會排放到空氣中。本文主要為了滿足DPF壓差模型和最大碳載量等再生標定的需要，在發動機臺架上對DPF壓差、極限情況下的碳載量等關鍵特性測試評價，以及通過轉轂WLTC排放循環驗證捕集效率，滿足標定開發和排放目標的達成的需求。尿素結晶試驗總體布置如圖2所示，試驗臺架主要包括一臺國六柴油發動機、DPF后處理系統、發動機燃油供給及油耗測量系統、測功機及控制系統、排放測試系統等。試驗用發動機主要參數見表1。DPF常規耐久工況發動機初、復始萬有特性煙度偏大，綜合考慮后選擇1400rpm@100Nm作為累碳點，該點初始煙度為7.174，DPF滿載累碳時間約1h。再生時DPF前溫度保持在650°C左右，進行350次。DTI工況DTI試驗降怠速時刻以再生時DPF內部溫度650C作為觸發條件，進入再生后，發動機進入怠速工況。DPF的壓差特性和極限情況下(DTI)的碳載量是評價DPF性能的關鍵指標，為了準確的反應DPF性能，設計相應的試驗方法進行測試評價。準確測試評價GPF捕集的碳煙產生壓差，對后期的標定具有重要意義，而發動機氣流通過GPF壓差包括過濾壁壓差、灰分產生的壓差、碳煙產生的壓差之和，即其中,^P總為總壓差；過濾為過濾壁的壓差；總灰分為灰分的壓差；碳煙為碳煙的壓差；Q為流量；A碳煙、A灰分、A碳煙為計算因子；在GPF初始狀態的情況下，灰分累積的量較少，可以忽略對壓差的影響。在壓力傳感器測試總壓差、和計算排氣量通過過濾壁的壓差，即計算碳煙產生的壓差。結果如下：如圖2所示，在累碳初期，壓差增加較快，斜率比較大；主要原因是開始累積的碳進入DPF過濾孔道內，這時產生的壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增加變緩，斜率變小，主要因為碳累積覆蓋在DPF過濾壁表面，形成蛋糕層，累碳量增加、壓差增加，基本上形成正相關的關系。圖3所示為試驗初始階段再生循環過程中DPF前后壓力變化曲線，從圖中可以看出，隨著DPF碳載量不斷增加其前后壓差在不斷變大，當DPF滿載時，其前后壓差達到7kPa左右，隨即進入再生工況，壓差減小，再生完全后（即空載）DPF前后壓差保持在2.5kPa左右。圖4所示為試驗結束階段最后10次再生循環過程中DPF前后壓力變化曲線，和圖4相比，DPF滿載時前后壓差基本一致，都保持在7kPa左右，但在試驗結束階段DPF空載時壓差約3kPa左右，比初始階段壓差增大0.3~0.5kPa;說明經過350h試驗后，DPF內儲存了一定量的灰分（從稱重結果來看，灰分約7.3g）。降怠速極限情況下（DTI）的碳載量，通過試驗測試不同溫度、碳載量情況下的再生最高溫度，考慮DPF的允許載碳量6~7g，按照該目標進行相關的試驗，確定最大累碳量，作為后期標定的輸入。圖4和圖5所示為DTI試驗過程中DPF中心溫度變化曲線。6g/L碳載量DTI試驗進入DTI時刻為DPF中心溫度達650°C,DPF前溫度達到620°C（再生溫度）距DTI時刻約36S；DPF中心溫度最高達955C,在安全范圍內。7g/L碳載量DTI試驗進入DTI時刻為DPF中心溫度達650C,DPF前溫度達到620C（再生溫度）距DTI時刻約36S；DPF中心溫度最高達1067C,小于碳化硅載體最高耐受溫度1200工，在安全范圍內。建議最大碳載量標定在7g/L。DPF的捕集效率是測試評價關鍵指標，也是能否達到工程目標的核心性能指標。因此按照GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測試方法（第六階段）》要求，進行WLTC循環排放測試，試驗三次。試驗車使用滑行法加載，匹配計算換檔線，試驗再CVS-4000型定容采樣系統、AMA-4000型氣態排放物分析系統以及HORIBA2000spcsPN計數器，以及METTLERTOLEDO-XP2U（梅特勒-托利多）PM稱重設備的轉轂試驗室進行；經過系統分析后得到PN模態數據和試驗結果。從圖6~8PN模態數據分析，隨著試驗的進行DPF逐漸提升，主要是累積的碳煙占據過濾壁，提高過濾的效率。在整車原排PN為3.52x1012的情況下，加裝DPF的WLTC測試結果如圖9所示。在第一次試驗中，對PN的轉化效率只達到82%;第三次試驗時，PN排放為2.8x1011,轉化效率為92%，大于90%設定轉化效率，最終排放值低于4.2x1011的工程設計目標。基于國六排放法規對輕型柴油機顆粒物排放的要求，針對某型車的排放開發目標，設計的DPF特性進行測試評價，同時將測試數據提供給標定模型輸入。通過對DPF測試發現：在壓差特性方面，累碳初期，壓差增加較快；主要原因是開始的碳進入DPF過濾孔道內，阻力迅速增加，產生的壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增加變緩。碳層在壁表面覆蓋，形成蛋糕層，基本上形成正相關的關系測試不同入口溫度、載碳量情況下的最高溫度，確定最大碳載量。并通過WLTC排放驗證，結果表明，轉化效率和PN排放滿足工程應用目標。相關文獻】馬標，蔣茂玎,黃偉等?汽油直噴發動機顆粒捕集器技術應用研究[